Fotovoltaik Hücrelerin Geleceği

1950'lerde iletişim uydularına güç sağlamak için geliştirilen ilk fotovoltaik hücreler çok verimsizdi. O günlerden bu yana, güneş pillerinin verimliliği istikrarlı bir şekilde yükselirken, maliyetler düşerken, iyileştirme için çok fazla alan olmasına rağmen. Daha düşük maliyet ve daha iyi verimliliğe ek olarak, fotovoltaik malzemelerdeki gelecekteki gelişmeler, yeni, çevre dostu uygulamalar için güneş enerjisinin daha geniş kullanımına yol açacaktır.

Fotovoltaik hücreler, ilk iletişim uydularının anahtarıydı çünkü birkaç alternatif, özellikle bakım gerektirmeden uzun süreler boyunca güvenilir elektrik üretebilirdi. Bir uydunun yüksek maliyeti, güç için pahalı güneş pillerinin kullanılmasını haklı çıkardı. O zamandan beri, güneş pillerinin maliyetleri önemli ölçüde düştü ve bu da güneş enerjisiyle çalışan hesap makineleri ve cep telefonu şarj cihazları gibi ucuz mobil cihazlara yol açtı. Büyük ölçekli elektrik üretimi için, fotovoltaiklerden üretilen her bir watt elektriğin maliyeti, kömür veya nükleer enerji gibi alternatiflerden daha yüksek kalır. Güneş pilleri için maliyetleri düşürmeye yönelik genel eğilimin öngörülebilir gelecekte devam etmesi muhtemeldir.

Verimli bir güneş pili, verimsiz olana kıyasla belirli bir miktarda ışıktan daha fazla elektrik üretir. Verimlilik, fotovoltaik hücrenin kendisinde kullanılan malzemeler, hücreyi kaplamak için kullanılan cam ve hücrenin elektrik kabloları dahil olmak üzere çeşitli faktörlere bağlıdır. Güneş'in ışık spektrumunun daha büyük bir bölümünü elektriğe dönüştüren malzemeler gibi iyileştirmeler, güneş pili verimliliğini kökten artırdı. Gelecekteki ilerlemeler muhtemelen verimliliği daha da artıracak ve ışıktan daha fazla elektrik enerjisi elde edecektir.

Geleneksel bir fotovoltaik hücre, camla kaplanmış ve metal bir panele yapıştırılmış düz bir silikon malzeme parçasıdır; etkilidir ancak çok esnek değildir. Fotovoltaik malzemelerdeki mevcut araştırmalar, kağıt ve plastik levhalar da dahil olmak üzere çeşitli yüzeylere boyanmış hücrelere yol açmıştır. Başka bir teknik, camın üzerine ultra ince bir malzeme filmi yerleştirir, bu da ışığın içeri girmesine izin veren ve elektrik üreten bir pencere oluşturur. Fotovoltaik malzemelerde gelecekte daha fazla çeşitlilik, güneş enerjisiyle çalışan ev boyalarına, yol döşemelerine, cep telefonunuzu şarj eden bir kaplamaya ve diğer gelişmiş uygulamalara yol açabilir.

Atomik ve moleküler seviyelerde malzeme özelliklerinin incelenmesi olan nanoteknolojideki ilerlemeler, fotovoltaik hücreleri geliştirmek için büyük bir potansiyele sahiptir. Örneğin, fotovoltaik malzemelerdeki mikroskobik parçacıkların boyutu, belirli ışık renklerini emme yeteneklerini etkiler; Bilim adamları, moleküllerin boyutuna ve şekline ince ayar yaparak verimliliklerini artırabilirler. Nanoteknoloji ayrıca bir gün atomik olarak hassas güneş pilleri ve diğer cihazları çok düşük maliyetle üreten bir masaüstü 3D yazıcıya yol açabilir.

Fotovoltaik hücreler gelecekteki uygulamalarda büyük umut vaat etseler de, bazı katı fiziksel sınırlarla da mücadele edecekler. Örneğin, tamamen güneş enerjisiyle çalışan bir binek otomobilin, mevcut gazla çalışan tipik bir modelin performansına veya faydasına sahip olması pek olası değildir. Güneş enerjisiyle çalışan araçlar yarışmalarda yarışmış olsa da, bunlar çoğunlukla güneşli çöl koşulları gerektiren oldukça özelleşmiş milyon dolarlık prototiplerdir. Sınırlayıcı faktör, ideal koşullar altında metre başına 1.000 watt olan Dünya'nın aldığı güneş ışığıdır. Bir araba için en küçük pratik elektrik motoru yaklaşık 40kW enerji gerektirir; yüzde 40 verimlilikte bu, 100 metrekare veya 1.000 fit kare alanda bir güneş paneli anlamına gelir. Öte yandan, pratik bir güneş paneli bir gün ara sıra kullanım için küçük bir runabout aracına güç sağlayabilir veya bir plug-in hibrit için sürüş menzilini uzatabilir. Güneş ışığındaki sınırlı enerji, fotovoltaik hücrelere dayanan herhangi bir aracın performansını kısıtlar.